Los científicos del Centro de Astrobiología de Nueva York, en el Instituto Politécnico Rensselaer, han utilizado los más antiguos minerales de la Tierra para reconstruir las condiciones atmosféricas presentes en la Tierra poco después de su nacimiento. Los hallazgos, que aparecen en la edición de 1 de diciembre de la revista Nature, conforman la primera evidencia directa de lo como era antigua atmósfera del planeta poco después de su formación, desafiando directamente años de investigación sobre el tipo de atmósfera sobre la que surgió la vida en el planeta.

Los científicos muestran que la atmósfera de la Tierra, a unos 500 millones de años después de su creación, no era la tierra yerma llena de metano que previamente se proponía, sino que estaba mucho más cercana a las condiciones de nuestra atmósfera actual. Los hallazgos, publicados en un artículo titulado «The oxidation state of Hadean magmas and implications for early Earth’s atmosphere«, tienen implicaciones para nuestra comprensión de cómo y cuándo comenzó la vida en este planeta y su posible comienzo en otras partes del universo.

Durante décadas, los científicos creían que la atmósfera de la Tierra primitiva se redujo enormemente, y eso significa que el oxígeno era muy limitado. Con unas condiciones tan pobres en oxígeno que dieron lugar a una atmósfera llena del nocivo metano, monóxido de carbono, sulfuro de hidrógeno y amoníaco. Hasta la fecha, sigue habiendo teorías ampliamente difundidas y estudios de cómo la vida en la Tierra pudo construirse a partir de este cóctel atmosférico mortal.

En la actualidad, los científicos del Rensselaer están dando la vuelta a estos supuestos atmosféricos con sus resultados, demostrando que las condiciones en la Tierra primitiva no sólo no conducían a la formación de este tipo de ambiente, sino más bien a un ambiente dominado por los compuestos más ricos en oxígeno que se hallan en nuestra atmósfera actual, como el agua, el dióxido de carbono y dióxido de azufre.

«Ahora podemos decir con cierta certeza que la recogida de datos de  la atmósfera por muchos científicos, simplemente, era incorrecta», afirmó Bruce Watson, profesor del Instituto de Ciencias de Rensselaer.

Estos hallazgos se basan en la teoría generalizada de que la atmósfera de la Tierra se formó debido a los gases liberados por la actividad volcánica de la superficie. Hoy en día, como durante los primeros días de la Tierra, el magma que fluye desde lo más profundo de la Tierra contiene gases disueltos. Cuando el magma se acerca a la superficie, los gases se liberan en el aire circundante.

«La mayoría de los científicos arguyen que esta desgasificación del magma era la entrada principal hacia la atmósfera», continuaba Watson. «Pero, para comprender la naturaleza de la atmósfera en sus inicios, es necesario que determinar qué tipos de gases estaban suministrando los magmas de la atmósfera.»

Cuando el magma se acerca a la superficie terrestre, o bien erupciona o se queda atascado en la corteza, ahí interactúa con las rocas circundantes, se enfría y cristaliza en roca sólida. Este magma petrificado y los elementos que contiene pueden ser, literalmente, las piedras milenarias de la historia de la Tierra.

Una de estos importantes minerales es el circón. A diferencia de otros materiales, que se destruyen con el tiempo por la erosión y la subducción, algunos circones son casi tan antiguos como la misma Tierra. Tanto es así que, literalmente, pueden contar la historia entera del planeta, sólo hay que saber preguntarle las cuestiones correctas.

Los científicos trataron de determinar los niveles de oxidación del magma que una vez formó estos antiguos circones para cuantificarlo, para saber por primera vez cómo estaban de oxidados los gases que se liberaron al principio de la historia de la Tierra. La comprensión del nivel de oxidación, podría significar la diferencia entre el desagradable gas de los pantanos y la mezcla de vapor de agua y dióxido de carbono a que estamos tan acostumbrados, según escribe el autor del estudio Dustin Trail, investigador postdoctoral en el Centro de Astrobiología.

«Al determinar el estado de oxidación del magma que creó el circón, se puede determinar el tipo de gases que eventualmente se abrieron camino hacia la atmósfera», explicó Trail.

Para ello, Trail, Watson, y su colega, el investigador postdoctoral Nicholas Tailby, recrearon la formación de circones en el laboratorio a diferentes niveles de oxidación. Practicamente crearon lava en el laboratorio. Este procedimiento llevó a la creación de un indicador de oxidación que podrían ser comparado con los circones natural.

Durante este proceso se buscó las concentraciones de un metal raro, llamado cerio, en los circones. El cerio es un indicador importante de oxidación, ya que se puede encontrar en dos estados de oxidación, uno más oxidado que otro. Cuanto mayores sean las concentraciones del tipo más oxidado de cerio en el circón, significa que tras su formación, más oxidada estaba la atmósfera.

Las calibraciones revelan una atmósfera con un estado de oxidación muy cercano a las condiciones actuales. Estos resultados proporcionan un importante punto de partida para futuras investigaciones sobre los orígenes de la vida en la Tierra.

«Nuestro planeta es el escenario en el que toda la vida se ha desarrollado», indicaba Watson. «No podemos ni siquiera empezar a hablar de la vida en la Tierra hasta que no sepamos bien de esta etapa. Sabemos que las condiciones de oxígeno eran de vital importancia, dado que se forman tipos de moléculas orgánicas dependiendo de cómo les afecta el oxígeno.»

Pese de ser la actual atmósfera la que mantiene y nutre  la vida, nuestra oxidada atmósfera actual no se entiende que sea un buen punto de partida para la vida. El metano y sus análogos, pobres en oxígeno, tienen un potencial mucho más biológico para dar el salto, desde los compuestos inorgánicos a los aminoácidos y el ADN que sostienen la vida. Por lo tanto, Watson cree que el descubrimiento de su grupo puede revitalizar las teorías que hablan de la posibilidad de que los elementos básicos de la vida no se hayan creado en la Tierra, sino que hayan venido desde otras partes de la galaxia.

Los resultados, sin embargo, van en contra de las teorías existentes sobre el viaje de la vida, desde los organismos anaerobios a los aeróbicos. Los resultados cuantifican la naturaleza de las moléculas de gas que contienen carbono, hidrógeno y azufre en la atmósfera primitiva, pero no dicen nada sobre posterior aumento del oxígeno libre en el aire. Existía todavía una cantidad significativa de tiempo para que el oxígeno se fuese acumulando en la atmósfera a través de mecanismos biológicos, según Trail.

• Referencia: ScienceDaily.com, 30 de noviembre de 2011
• Fuente: Instituto Politécnico Rensselaer. La investigación ha sido financiada por la NASA.
• Diario de Referencia: Dustin Trail, E. Bruce Watson, Nicholas D. Tailby. The oxidation state of Hadean magmas and implications for early Earth’s atmosphere. Nature, 2011; 480 (7375): 79 DOI: 10.1038/nature10655.
• Traducido por Pedro Donaire
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